Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam hiện có hơn 5.198 hồ chứa với dung tích lớn hơn 0,2 triệu m³, trong đó gần 100 hồ có dung tích trên 10 triệu m³, tổng dung tích trữ nước đạt khoảng 35,8 tỷ m³. Tỉnh Nghệ An là một trong những địa phương có số lượng hồ chứa lớn nhất với 625 hồ, đa phần là đập đất sử dụng vật liệu địa phương. Tuy nhiên, nhiều hồ chứa tại đây đang xuống cấp nghiêm trọng, với khoảng 500 hồ bị hư hỏng, tiềm ẩn nguy cơ vỡ đập khi gặp mưa lũ lớn. Đặc điểm chung của các đập vật liệu địa phương là sử dụng đất đắp có chất lượng kém, thi công thủ công, nền móng chưa được xử lý triệt để, dẫn đến hiện tượng thấm và xói mòn mái đập.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiện trạng, phân tích nguyên nhân gây thấm và đề xuất giải pháp công nghệ thi công khoan phụt vữa nhằm xử lý chống thấm cho đập Tây Nguyên – Nghệ An. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các hồ chứa nước vừa và nhỏ trên địa bàn tỉnh Nghệ An, đặc biệt là hồ Tây Nguyên, trong giai đoạn từ những năm 1970 đến nay. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao an toàn công trình thủy lợi, bảo vệ vùng hạ du, đồng thời góp phần phát triển kinh tế - xã hội địa phương thông qua việc đảm bảo nguồn nước tưới và phòng chống lũ lụt hiệu quả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết cơ bản về cơ học đất, lý thuyết thấm và ổn định đập đất, cùng với các mô hình tính toán thấm qua đập và nền móng. Hai mô hình chính được áp dụng gồm:

  • Mô hình tường nghiêng kết hợp sân phủ: Giải pháp này dựa trên nguyên lý giảm lưu lượng thấm bằng cách sử dụng tường nghiêng không thấm và sân phủ có chiều dày đủ để ngăn xói ngầm, áp dụng cho đập xây dựng trên nền thấm mạnh với chiều dày tầng thấm lớn.

  • Mô hình tường răng kết hợp lõi giữa: Phù hợp với đập có lõi giữa, kéo dài xuống tầng không thấm, giúp giảm thấm qua nền bằng cách phân đoạn lưu lượng thấm qua các phần đập và nền.

Các khái niệm chính bao gồm: hệ số thấm, áp lực phụt vữa, độ ổn định mái đập, và các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu đắp đập và vữa khoan phụt.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp, kế thừa kết quả nghiên cứu trước đây, kết hợp với phân tích số liệu thực đo tại hiện trường và mô hình hóa kỹ thuật. Cỡ mẫu khảo sát gồm 625 hồ chứa trên địa bàn Nghệ An, trong đó tập trung phân tích chi tiết hồ Tây Nguyên. Phương pháp chọn mẫu là chọn đại diện các hồ chứa có đặc điểm vật liệu và hiện trạng khác nhau nhằm đảm bảo tính đại diện.

Phân tích số liệu sử dụng phương pháp thống kê mô tả và mô hình toán học tính toán lưu lượng thấm, áp lực phụt vữa và độ ổn định mái đập. Thời gian nghiên cứu kéo dài khoảng 2 năm, bao gồm khảo sát thực địa, thí nghiệm vật liệu, mô phỏng và đánh giá kết quả thi công khoan phụt vữa.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng thấm và hư hỏng đập vật liệu địa phương: Khoảng 80% hồ chứa tại Nghệ An có hiện tượng thấm qua thân và nền đập, với mức độ thấm giảm sau khi áp dụng khoan phụt vữa từ 30% đến 60% tùy vị trí. Ví dụ, hồ Tây Nguyên trước xử lý có lưu lượng thấm khoảng 5x10⁻⁵ cm/s, sau xử lý giảm xuống còn 1,5x10⁻⁶ cm/s.

  2. Hiệu quả công nghệ khoan phụt vữa: Áp lực phụt vữa được tính toán tối ưu trong khoảng 0,5 - 1,2 MPa, đảm bảo vữa thấm sâu và tạo màng chống thấm liên tục. Quy trình thi công khoan phụt vữa giúp tăng độ ổn định mái đập lên 15-20% so với trước xử lý, giảm nguy cơ trượt mái và xói ngầm.

  3. Đặc tính vật liệu vữa khoan phụt: Các tổ hợp vữa cement-bentonite với tỷ lệ bentonite từ 35 đến 55 kg/m³ và xi măng từ 250 đến 440 kg/m³ đạt hệ số thấm thấp nhất khoảng 1x10⁻⁶ cm/s và cường độ nén trên 1 kg/cm², phù hợp cho thi công chống thấm đập đất.

  4. So sánh các giải pháp chống thấm: Giải pháp tường hào cement-bentonite có ưu điểm vượt trội về độ bền và hệ số thấm so với tường nghiêng sân phủ và tường răng lõi giữa, đặc biệt thích hợp cho các đập có nền thấm mạnh và yêu cầu chống thấm cao.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính gây thấm là do vật liệu đắp đập có độ dính kém, thi công thủ công không đảm bảo độ chặt, nền móng chưa được xử lý triệt để, cùng với hiện tượng lún không đều và xói mòn mái đập. Kết quả khoan phụt vữa cho thấy công nghệ này có khả năng cải thiện đáng kể tính chống thấm và ổn định công trình, phù hợp với điều kiện địa chất và vật liệu địa phương tại Nghệ An.

So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả này tương đồng với hiệu quả chống thấm của công nghệ khoan phụt vữa đã được áp dụng thành công tại các đập lớn như Dầu Tiếng, Esoup. Việc lựa chọn tỷ lệ phối trộn vữa và áp lực phụt phù hợp là yếu tố quyết định thành công của công nghệ.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hệ số thấm trước và sau xử lý, bảng thống kê các chỉ tiêu cơ lý của vữa khoan phụt, và sơ đồ bố trí lỗ khoan phụt trên mặt cắt đập để minh họa hiệu quả thi công.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi công nghệ khoan phụt vữa cho các đập vật liệu địa phương tại Nghệ An nhằm giảm thiểu thấm và tăng cường an toàn công trình, ưu tiên các hồ có hiện trạng thấm nghiêm trọng trong vòng 3 năm tới.

  2. Xây dựng quy trình kỹ thuật chuẩn cho thi công khoan phụt vữa, bao gồm lựa chọn vật liệu, áp lực phụt, bố trí lỗ khoan và giám sát chất lượng, nhằm đảm bảo hiệu quả và an toàn thi công.

  3. Tăng cường đào tạo và nâng cao năng lực quản lý vận hành hồ chứa cho cán bộ kỹ thuật tại các địa phương, đặc biệt là các xã, hợp tác xã quản lý hồ nhỏ, trong vòng 1-2 năm tới.

  4. Đầu tư cải tạo, nâng cấp hệ thống tràn xả lũ và cống lấy nước để đảm bảo khả năng thoát lũ và vận hành an toàn, giảm thiểu nguy cơ vỡ đập do áp lực nước vượt thiết kế.

  5. Thực hiện quan trắc, kiểm tra định kỳ mực nước, lún, thấm và các chỉ tiêu kỹ thuật khác để phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng, từ đó có biện pháp xử lý kịp thời.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế và thi công công trình thủy lợi: Nắm bắt các giải pháp công nghệ chống thấm hiệu quả, áp dụng vào thiết kế và thi công đập đất tại các vùng có điều kiện địa chất tương tự.

  2. Cán bộ quản lý vận hành hồ chứa nước: Hiểu rõ hiện trạng và các biện pháp xử lý thấm, nâng cao năng lực quản lý, vận hành và bảo dưỡng công trình.

  3. Nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành xây dựng công trình thủy: Tham khảo cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và kết quả thực nghiệm về công nghệ khoan phụt vữa chống thấm.

  4. Các cơ quan quản lý nhà nước về thủy lợi và phòng chống thiên tai: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo để xây dựng chính sách, quy định về an toàn hồ chứa và đầu tư nâng cấp công trình.

Câu hỏi thường gặp

  1. Khoan phụt vữa là gì và tại sao lại hiệu quả trong xử lý chống thấm đập đất?
    Khoan phụt vữa là phương pháp khoan các lỗ sâu trong thân hoặc nền đập rồi bơm vữa vào để tạo màng chống thấm liên tục. Phương pháp này giúp bịt kín các khe nứt, lỗ rỗng trong đất đắp, giảm lưu lượng thấm và tăng độ ổn định công trình.

  2. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến hiệu quả của công nghệ khoan phụt vữa?
    Hiệu quả phụ thuộc vào thành phần phối trộn vữa, áp lực phụt, bố trí lỗ khoan, đặc tính vật liệu đắp và điều kiện địa chất nền. Việc kiểm soát chặt chẽ các yếu tố này giúp đảm bảo vữa thấm đều và tạo màng chống thấm bền vững.

  3. Tại sao đập đất vật liệu địa phương thường gặp sự cố thấm?
    Nguyên nhân chính là vật liệu đắp có độ dính thấp, thi công thủ công không đảm bảo độ chặt, nền móng chưa xử lý kỹ, cùng với tác động của lún không đều và xói mòn mái đập do mưa lũ.

  4. Có những giải pháp chống thấm nào khác ngoài khoan phụt vữa?
    Ngoài khoan phụt vữa còn có giải pháp tường nghiêng kết hợp sân phủ, tường răng lõi giữa, tường hào cement-bentonite. Tuy nhiên, khoan phụt vữa được đánh giá cao về tính linh hoạt và hiệu quả trong xử lý các vị trí thấm phức tạp.

  5. Làm thế nào để duy trì an toàn đập sau khi xử lý chống thấm?
    Cần thực hiện quan trắc định kỳ mực nước, lún, thấm; duy tu bảo dưỡng hệ thống tràn xả lũ và cống lấy nước; đào tạo cán bộ quản lý vận hành; đồng thời áp dụng quy trình vận hành an toàn, tránh tháo cạn hồ đột ngột gây sạt trượt mái đập.

Kết luận

  • Đập vật liệu địa phương tại Nghệ An có hiện trạng thấm phổ biến, ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn công trình.
  • Công nghệ khoan phụt vữa cement-bentonite được chứng minh hiệu quả trong giảm lưu lượng thấm và tăng độ ổn định mái đập.
  • Việc lựa chọn tỷ lệ phối trộn vữa và áp lực phụt phù hợp là yếu tố then chốt đảm bảo thành công thi công.
  • Cần triển khai quy trình kỹ thuật chuẩn và nâng cao năng lực quản lý vận hành hồ chứa để duy trì hiệu quả lâu dài.
  • Nghiên cứu mở rộng ứng dụng công nghệ khoan phụt vữa cho các hồ chứa vừa và nhỏ nhằm nâng cao an toàn hệ thống thủy lợi tỉnh Nghệ An trong 3-5 năm tới.

Khuyến nghị các cơ quan chức năng và đơn vị quản lý hồ chứa phối hợp triển khai thí điểm công nghệ khoan phụt vữa tại các hồ có hiện trạng thấm nghiêm trọng, đồng thời xây dựng kế hoạch đào tạo và nâng cao năng lực quản lý vận hành.